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Wie die industrielle Drahtlostechnologie den Betrieb zukünftiger Fabriken verändern wird

Final user, Mobile Edge Computing, 5G Smart Factory

Wie die industrielle Drahtlostechnologie den Betrieb zukünftiger Fabriken verändern wird

24 Sep, 2020

Dieser Artikel umfasst folgende Themen:

  • Warum industrielle Drahtlostechnologie drahtgebundene Verbindungen in der Fabrik der Zukunft ersetzen wird
  • Die Bedeutung von 5G und die Vorteile, die es für Industriebetriebe mit sich bringt
  • Wie drahtlose Netzwerke den Betrieb in den Fabriken der Zukunft verändern werden

Es wird erwartet, dass die Fabriken der Zukunft Industrie 4.0-fähige Anlagen sein werden, und viele von ihnen haben damit begonnen, die von der 4. industriellen Revolution definierten Geschäftsmodelle zu übernehmen. Industrie 4.0-konforme Fabriken werden sich auf Datenerfassung, -analyse und Interkonnektivität verlassen, um eine Automatisierung nahezu in Echtzeit zu erreichen. Die Fabrik der Zukunft ist also eine Fabrik, in der große Datensätze kontinuierlich von Maschine zu Maschine und von Maschine in die Cloud oder auf externe Rechnerplattformen übertragen werden. Um dies zu erreichen, ist ein zuverlässiges Netzwerk erforderlich, das niedrige Latenzzeiten bei gleichzeitig hoher Bandbreite gewährleistet. Das drahtlose 5G-Netz wird neben anderen Mesh-Netzwerken als die Konnektivitätslösung der Zukunft angepriesen.

 

Kabelverbindungen und die Herausforderungen, die sie für Industrie 4.0-Initiativen darstellen

Auch heute noch sind drahtgebundene Netzwerke das beliebteste Kommunikations- und Datenübertragungsmedium in Industrieanlagen. Die Beliebtheit drahtgebundener Verbindungen beruht auf zwei wichtigen Faktoren. Diese Faktoren sind die Konnektivitätstechnologie, die in die Werkstattausrüstung integriert ist, und ihre Fähigkeit, einen zuverlässigen Datentransfer mit geringer Latenz ohne Redundanz zu liefern.

Bei kabelgebundenen Netzwerken ist ein Weg zur Konnektivität in der Regel unabhängig von der geographischen Lage einer Fabrik verfügbar, weshalb sie für Datenübertragungen für wichtige Fabriksysteme genutzt werden. Auch Anlagen, die große Geräte nutzen, die während ihres gesamten Lebenszyklus an einem Ort verbleiben, verlassen sich aufgrund der Dauerhaftigkeit, die ihre statische Natur bietet, auf verkabelte Netzwerke oder Kabelverbindungen.

Obwohl drahtgebundene Verbindungen, wie oben erwähnt, vielfältige Vorteile bieten, stellt die Einführung der Industrie 4.0 in den Fabriken von morgen die kabelgebundenen Einsätze vor einige Herausforderungen. Der großflächige Einsatz von industriellen IoT-Geräten (IIoT) und die Interkonnektivität, die sie zum Funktionieren benötigen, ist eine Herausforderung, für die kabelgebundene Netzwerke eine adäquate Lösung zu finden versuchen.

Heutzutage sind viele IIoT-Geräte, die in der Fertigung eingesetzt werden, nicht mit verkabelten Anschlüssen ausgestattet. Diese IIoT-Geräte sind so gebaut, dass sie über kabellose Verbindungen mit dem Internet verbunden werden können. Es wird erwartet, dass sich die langsame, aber sichere Ausmusterung von verkabelten Steckverbindern fortsetzen wird, da die Einführungsrate des IIoT weiter ansteigt. Der großflächige Einsatz von IIoT, Edge-Geräten und intelligenten Fertigungsanlagen stellt auch die Verwendung von Kabelverbindungen vor Herausforderungen. Die Kosten für die Verkabelung einer Großanlage und die Wartung der verwendeten physischen Kabel, Steckverbinder und Werkzeuge sind wiederkehrende Kosten, die bezahlt werden müssen, um in Verbindung zu bleiben. Der Arbeitsaufwand für das Verlegen der Kabel und das Anschließen an die Fabrikanlagen sind Kosten, die bei der Analyse der Kosten für die Nutzung von verkabelten Netzwerken in Großanlagen berücksichtigt werden müssen.

 

Drahtlose Netzwerke, 5G und die Fabrik der Zukunft

Die Fabrik der Zukunft wird sich auf datengesteuerte Geschäftsmodelle stützen, um den Umsatz zu steigern und dem Endbenutzer Produkte oder Dienstleistungen zu liefern. Schätzungen zeigen, dass bis 2025 die verarbeitende Industrie im Vergleich zu den von ihr verkauften Produkten mehr Gewinn aus den von ihr angebotenen Dienstleistungen erzielen wird, und es wird erwartet, dass dieser Trend durch alle fabrikbezogenen Geschäftsmodelle durchsickern wird.

Für die Bereitstellung optimierter Dienstleistungen bei gleichzeitiger Einführung datengesteuerter Geschäftsmodelle ist ein zuverlässiges, erschwingliches Netzwerk erforderlich. Es wird erwartet, dass 5G- und industrielle drahtlose Netzwerke die treibenden Kräfte der datengesteuerten Fabrik der Zukunft sein werden, da sie Antworten auf die wichtigen Netzwerkherausforderungen liefern, denen sich die Industrie 4.0 stellen muss. Zu diesen Herausforderungen und der Art und Weise, wie 5G eine Lösung bietet, gehören:

  • Zeitkritische Prozessoptimierung - Fabriken sind voller zeitkritischer Systeme und Vorgänge, die zum Entgleisen gebracht werden können, wenn keine Echtzeit-Datenverarbeitung zur Verfügung steht. Diese Systeme umfassen den Einsatz von fahrerlosen Transportsystemen (AGVs), die in der Werkstatt navigieren, Edge-Geräten, kooperierenden Robotern und Anlagen.
    Von AGVs wird z. B. erwartet, dass diese Fahrzeuge Güter über die gesamte Länge und Breite einer Anlage transportieren. AGVs sind so programmiert, dass sie Anweisungen über drahtlose Netzwerke empfangen, da das Ziehen eines Kabels durch den Fertigungsbereich zu Unfällen führen kann. Drahtlose 5G-Netzwerke, die in der Lage sind, mit sehr geringer Latenz zu kommunizieren, bieten das deterministische WLAN, das AGVs für ihre zeitkritischen Navigationsprozesse benötigen. AGVs, die aus der Spur geraten, müssen ebenfalls sofort kontrolliert werden, um Unfälle zu vermeiden. In diesem Fall können Wearables zur Steuerung des AGV verwendet werden. Damit dies in Echtzeit funktionieren kann, ist ein drahtloses Netzwerk erforderlich, das beide Komponenten miteinander verbindet, da bei einem Vorfall ein Kabel gerissen sein kann.
  • Maschinenfernüberwachung und -dienstleistungen - Die Fernüberwachung von Maschinen und die Möglichkeit, Fernwartungs- oder -reparaturdienste anzubieten, sind auf die Zuverlässigkeit miteinander verbundener Systeme und Augmented Reality (AR) angewiesen. Für die Fernüberwachung von Maschinen muss die Fabrikanlage in der Lage sein, Maschinendaten in Echtzeit und unabhängig vom Standort in die Cloud zu übertragen. 5G-Netzwerke bieten im Vergleich zu verkabelten Netzwerken einen zuverlässigeren und direkteren Übertragungsweg.
    Fernwartungsdienste folgen ebenfalls dem Muster der Übertragung von Maschinendaten an ein zentrales Netzwerk, auf das der Dienstleister zugreifen kann. Der Dienstleister greift dann auf die Daten zu, während er sich auf AR verlässt, um die Techniker im Fertigungsbereich zu unterstützen. In dieser Situation bietet ein drahtloses Netzwerk die Interkonnektivität und Interoperabilität, die für die Bereitstellung von Ferndienstleistungen für Fabriken erforderlich ist.
  • System-Interoperabilität - Die Industrie 4.0 beinhaltet die Optimierung sowohl der betrieblichen Abläufe als auch anderer miteinander verbundener Vorgänge, die sicherstellen, dass ein Unternehmen seinen Kunden oder Verbrauchern optimierte Service-Levels bietet. Zum Beispiel führen Unterbrechungen in der Lieferkette zu Ausfallzeiten, die die Fähigkeit einer Fabrik beeinträchtigen, ihre Produktionszeitpläne einzuhalten. Daher muss ein umfassendes datengesteuertes Geschäftsmodell zur Optimierung der Anlagenleistung die Herausforderungen der Lieferkette und des Bestandsmanagements berücksichtigen.
    In diesem Beispiel werden Lieferketten und Bestände mit IoT-Geräten und Lieferketten-Software verwaltet. Die von der Software und den eingesetzten Geräten erfassten Daten müssen in eine industrielle Cloud-Plattform integriert und verarbeitet werden, um genaue Produktions- und Betriebspläne zu entwickeln. 5G-Netzwerke bieten die erforderliche Konnektivität, um Daten von vor Ort eingesetzten IoT-Geräten an einen zentralen Ort zur Verarbeitung zu übertragen.

 

Schlussfolgerung

Die Fabrik der Zukunft wird sich auf die Interkonnektivität und Interoperabilität zwischen den Anlagen im Fertigungsbereich und den an anderen Standorten eingesetzten Anlagen stützen. Drahtlose Netzwerke, insbesondere 5G, werden die niedrige Latenzzeit und die hohe Bandbreite bieten, die für die Automatisierung und Optimierung der verschiedenen Operationen und Industrie 4.0-Anwendungsfälle, die in zukünftigen Produktionsstätten auftreten werden, erforderlich sind.

 

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